低含水率膨胀土地质条件旋挖法围护桩施工工艺特点

苏春生/中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司



低含水率膨胀土地质条件旋挖法围护桩施工工艺特点

苏春生/中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司

【摘 要】本篇文章通过对低含水率膨胀土地质条件下旋挖法围护桩施工工艺进行介绍和探讨，归纳总结该种地质条件下旋挖法围护桩施工工艺，为以后类似工程积累宝贵经验。

【关键词】低含水率；膨胀土；旋挖法；围护桩；施工工艺

本文主要结合成都地铁4号线二期工程蜀王大道站所处地质条件和结构围护桩施工进行低含水率膨胀土地质条件下旋挖法围护桩施工工艺的介绍。

1.车站概况及地质水文情况

1.1车站概况

蜀王大道站为成都地铁4号线二期工程线路上的一个标准站，车站长度179.99m，底板埋深15.5～19.6m，标准段宽度19.7m，车站采用明挖顺做法施工，主体围护结构包括围护桩、冠梁、挡土墙、桩间挂网喷射砼以及钢管支撑。

1.1.1地质水文情况。

车站站址位于四川省的中部、四川盆地西部。处于成都平原区与龙泉山低山丘陵区过渡带的成都东部台地区，属川西平原岷江水系Ⅲ级阶地，主要为山前台地地貌，次为侵蚀、堆积型丘、岗、谷地貌。地形总体较平坦，地面高程522.3～518.23m。

1.1.1.1地层特性

上覆第四系全新统人工填土（Q4ml）杂填土，其下为第四系全新统冲积（Q4al）黏土、卵石土，及第四系中、上更新统冰水沉积、冲积成因的（Q2fgl+al）、（Q3fgl+al）黏土、卵石土，下伏白垩系上统灌口组（K2g）泥岩。

根据地层特性显示，具有膨胀性土层集中在粘土层、粘土夹卵石层、以及全风化泥岩层，所处埋深包括整个车站埋深深度，因此，车站整个施工期间均受膨胀土膨胀力影响。

1.1.1.2水文情况

本车站水文情况由地表水和地下水构成，地表水主要为大气降水，平均降水量为947.0mm，当降雨量在80mm以上时，形成地表径流，排入市政排水管网。地下水主要有构造裂隙水、风化裂隙水等，车站所处位置地层含水率低，同时，渗透系数极小。

2.围护桩施工工艺

通过地质报告可以看出，地层含水率很低，通过试成孔决定选用干孔成孔工艺。

2.1成孔灌注施工流程

（1）桩位测量及引桩

全站仪中心点放样，放样后马上引桩，引桩采用三角点法。

（2）埋设护筒

护筒为钢护筒，内径比桩径大20cm，根据地质情况不同下放护筒深度不同，含水率低地层护筒下放深度要求较浅，下放深度1.5m即可，护筒周围用粘土回填夯实，护筒埋好后根据引桩的三角点复核护筒埋设平面位置及垂直度，复核过程中，钻机钻头随时调整护筒位置，护筒位置调整完后要求标高高出自然地面20cm，倾斜度在1%以内。

（3）钻机安装

钻机就位后，调平机座，确保钻头中心与护筒中心在一条铅垂线上，与孔位中心的偏差在规范允许范围之内。

钻架安装稳定，钻机定位时采用细线挂重锤检测，保证钻头中心与护筒中心偏差不大于2cm。

（4）钻孔作业

为保证成孔质量及施工安全，防止钻孔时两桩相距太近或时间间隔太短，同时考虑膨胀力因素造成塌孔，钻孔施工时采取按每间隔两孔分批跳孔施作的顺序。钻孔施工前应对钻机施工位置进行压实，确保地基平实，保证钻机正常施工。

（5）清孔及成孔检查

由于粘土地层在成孔过程中钻头能够安全将松土提出，孔底不存在杂土，因此在钻至设计深度后，再往下钻进30cm，保证在设计桩长范围内无虚土即可，而不用进行专门的清孔作业。

（6）吊装钢筋笼

清孔完毕，经现场监理工程师检查、批准后，即进行钢筋笼吊装。

钢筋笼在钢筋加工场加工，汽车吊吊转并吊放入孔。为了防止钢筋笼吊装就位时发生变形，纵向主筋和加强箍筋焊接牢固，其他箍筋适当点焊，并绑扎牢固。吊装前对钢筋笼的分节长度、直径、主筋和箍筋的型号、根数、位置，以及焊接、绑扎、声测孔绑扎等情况全面检查，确保各部位质量达到规定要求。

为保证钢筋笼保护层厚度，加工钢筋笼时，每隔2m在钢筋笼环筋上交叉、对称设置4个中间带圆孔混凝土圆饼，钢筋笼下沉时圆饼紧贴孔壁转动，保证钢筋笼与孔壁之间具有一定的间隙。

（7）灌注混凝土

由于是干孔成孔，所以桩芯混凝土不必选用水下混凝土，对灌注导管也没有严格的气密性要求，但为了导管便于拆卸，在导管接装时仍需按要求设置橡胶圈。

灌注时经常测量混凝土的高度和导管高度，干孔灌注导管不用埋置于混凝土内，只要保证混凝土自由降落高度不过高导致混凝土在下落过程中离析即可。拆除导管时用卡盘将第二节导管卡死，防止落入孔内。

混凝土浇筑完成后，由于没有浮土和泥浆等杂物，因此浇筑高度控制在桩顶以上5～10cm，冠梁施工前凿除桩顶浮浆。

2.2干孔成孔注意事项

（1）由于粘土地层受力能力受含水量影响较大，因此在粘土地层上进行钻进作业，必须保证钻进操作平台地基稳定性和承载力，特别是雨天后施工，必要时需提前换填地基土或下垫钢板，否则会因钻机在钻进过程中地基不稳发生小角度偏移导致孔体倾斜。

（2）由于土体含水量较低，在成孔过程中，土体有压力发生变化，导致孔体周围土体内地下水朝孔体位置汇流，孔体位置土体含水量增加，土体膨胀力也随之变大，极容易造成塌孔，因此，在成孔过程中，必须控制好钻进速度，钻进速度不能过慢，成孔报检后马上吊放钢筋笼，并浇筑混凝土，中途不得等待。

（3）在钻进过程中，若遇地层含水量较大，此时土体由于长期含水量丰富，因此膨胀力已经释放，但随之而来的是粘土土体的自稳性下降，同样会导致塌孔，处理方式与膨胀力情况下处理方式一样。

（4）粘土地层因含水量不同造成膨胀力不同，必须严格执行跳桩施工。

（5）钢筋笼吊放到位后需要吊环吊住笼体，吊环上部由钢管悬吊在护筒上，但由于粘土地质条件自身承载力较低，造成护筒在承受整个钢筋笼重量后会下沉，因此需在护筒和笼体下沉稳定后再标注混凝土浇筑基准标高。

（6）由于干孔成桩，混凝土浇筑完成后桩顶并无杂土、泥浆等杂物，因此混凝土浇筑完成后不应立刻提拔护筒并回填桩孔，而应等混凝土初凝之后再提拔护筒。

3.技术总结

低含水率膨胀土地质条件下旋挖法成桩工艺的优缺点总结：

优点：

（1）干孔成桩对场地要求较低，不必制备泥浆循环系统，取土后土体可以马上直接转运。

（2）干孔成桩施工工艺更简单，施工简便，成孔较快，且施工质量易于控制，对于机械设备损耗小，成本较低。

（3）成孔迅速，粘土地质钻进速度可以达到0.3～0.4cm/min（包含下杆、提土等时间）。

4.混凝土浇筑由于没有泥浆等杂物，桩体成型质量相比水下灌注桩更好。

缺点：

（1）粘土地质稳定性差，钻机易偏位。

（2）土含水量高后自稳性低，同时在膨胀力作用下，孔体护壁易塌孔。

在施工过程中，整体上粘土干孔成桩施工工艺相对于含水量丰富的砂卵石等地层条件其工艺更为简单，有利于现场文明施工，施工成本更低且工效更快。但在施工中必须随时注意土层含水量变化，若土层含水量增加，应在工序转换和施工技术上及时处理，在最不利条件下果断采用水下灌注桩工艺施工成桩，以避免塌孔等不良影响。

参考文献：

[1]繆林昌 仲晓晨 殷宗泽 《膨胀土的强度与含水量的关系》；

[2]边加敏 王保田 《含水量对非饱和土抗剪强度参数的影响研究》 地下空间与工程学报2011年01期；